文档介绍：《电力牵引》电子教案
第4章直流斩波电路
2017/11/12
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目录

降压斩波电路
升压斩波电路
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

电流可逆斩波电路
桥式可逆斩波电路

本章小结
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第四章直流斩波电路
直流斩波电路(DC Chopper)
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电
也称为直接直流--直流变换器(DC/DC Converter)
一般是指直接将直流电变为另一直流电,不包括直流—交流—直流
习惯上,DC—DC变换器包括以上两种情况,且甚至更多地指后一种情况
直流斩波电路的种类
6种基本斩波电路:降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,其中前两种是最基本的电路
复合斩波电路——不同基本斩波电路组合
多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合
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基本斩波电路
重点介绍最基本的两种基本电路---降压斩波电路和升压斩波电路
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降压斩波电路
斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机,也可带蓄电池负载,两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中EM所示
图3-1 降压斩波电路的原理图及波形
a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形
工作原理
t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升
t=t1时刻控制V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大
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降压斩波电路
数量关系
电流连续时,负载电压平均值
(3-1)
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比
Uo最大为E ,减小占空比a,Uo随之减小。因此称为降压斩波电路。
负载电流平均值
(3-2)
电流断续时,Uo被抬高,一般不希望出现
图3-1 降压斩波电路的原理图及波形
a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形
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降压斩波电路
斩波电路三种控制方式(根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分)
T不变,变ton —脉冲宽度调制(PWM)
ton不变,变T —频率调制
ton和T都可调,改变占空比—混合型
图3-1 降压斩波电路的原理图及波形
a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形
基于“分段线性”的思想,对降压斩波电路进行解析
V通态期间,设负载电流为i1,可列出如下方程:
(3-3)
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设此阶段电流初值为I10,=L/R,解上式得

V断态期间,设负载电流为i2,可列出如下方程:
(3-5)
设此阶段电流初值为I20,解上式得:

当电流连续时,有:
图3-1 降压斩波电路的原理图及波形
a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形
降压斩波电路
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即V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值,反过来,V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。由式(3-4)、(3-6)、(3-7)、(3-8)得出:
(3-9)

(3-10)
式中: ; ; 。由图3-1b可知,I10和I20
分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
把式(3-9)和式(3-10)用泰勒级数近似,可得
(3-11)
上式表示了平波电抗器L为无穷大,负载电流完全平直时的负载电流平均值Io,此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
降压斩波电路
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从能量传递关系出发进行的推导
由于L为无穷大,故负载电流维持为Io不变
电源只在V处于通态时提供能量,为
在整个周期T中,负载一直在消耗能量,消耗的能量为
一周期中,忽略损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等,即
(3-12)
则
(3-13)

在上述情况中,均假设L值为无穷大,负载电流平直的情况。这种情况下,假设电源电流平均值为I1,则有
(3-14)
其值小于等于负载电流Io,由上式得
(3-15)
即输出功率等于输入功率,可将降压斩波器看作直流降压变压器。
降压斩波电路
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